[S-CG45] Science of slow-to-fast earthquakes

[SCG45-P02] 付加体浅部の断層におけるせん断による液状化発生過程に関する実験的研究

*田代 圭吾¹、堤 昭人¹、CHANG CHENGRUI¹、山本 由弦²、王 功輝³ (1.京都大学大学院理学研究科、2.神戸大学大学院理学研究科、3.京都大学防災研究所)

キーワード：液状化、断層、付加体浅部

三浦・房総半島には，埋没深度が浅いことにより沈み込み帯浅部における付加体の初期変形が保存された地質体（三浦・房総付加体）が分布している(Yamamoto，2005)．この付加体中に発達するインブリケート衝上断層や，その直上の剪断変形集中帯（Thrustunit）において，断層ガウジ物質が上盤側の地層中に注入している様子が観察され，変形時の高間隙水圧発生の痕跡として注目されている（Yamamotoeta．，2005;，2006）．断層帯における変形時の間隙水圧上昇の過程は，有効応力の低下に起因した断層強度低下をもたらす．そのため，このような液状化の発生機構を解明することは，地震時の断層の強度弱化のメカニズムを理解する上で，重要である．
本研究では，三浦半島南部に分布する付加体（三崎層）物質を用いたせん断実験を行う事で，液状化発生に至る間隙水圧上昇の過程と断層内部構造発達の様子を明らかにすることを試みた．三崎層ではスコリア質砂岩と半遠洋性シルト岩よりなる互層が発達している．今回のせん断実験には，半遠洋性シルト岩を試料として用いた．実験には，京都大学防災研究所の大型リング剪断試験機（Sassa，2004）を使用した．この装置では，非排水条件下での剪断試験が可能であり，剪断応力を加える事で自発的に断層の間隙水圧を高める事ができる．これにより，剪断応力下において間隙水圧が上昇し，破壊線に到達して剪断断強度が低下し，最終的に定常すべりに至るまでの破壊過程全体をシミュレーションする事ができる．採取した試料は風化部分を取り除き，60 ℃の乾燥機にて24時間乾燥後，粉砕したものを使用した．半遠洋性シルト岩を充填した剪断部分の上盤側と下盤側には，珪砂8号を充填した．使用した珪砂は805 g，試料は689 gであった．剪断開始に先立って，試料中の間隙（空気）は6時間ほどかけて二酸化炭素に置換した後に水を入れ，500 kPaにて1日圧密した．
圧密完了後，0.1 kPa/secで剪断応力を増大させると，剪断応力が251.8 kPaにて破断線に到達した．有効応力は破壊線に到達する過程の間隙水圧上昇に伴い500 kPaから320 kPaまで減少した．破壊線に到達後，巨視的回転（すべり）が開始すると間隙水圧が急激に上昇し，約350 kPaまで増加して定常になり，剪断応力は約40 kPaまで低下した．したがって，剪断すべりによる間隙水圧上昇により断層強度が約84 ％低下し，力学的に液状化した．実験後回収した試料をエポキシ樹脂で固め，薄片を作成して剪断帯の変形構造観察を行った．粒子配列の様子などを解析中であり，発表では排水実験と非排水実験でどのような構造の違いが見られるかについて検討した結果を報告する．今後は同じシルト岩試料について排水実験を行い，力学挙動と内部構造の比較検討を行うことで，液状化発生のプロセスと内部構造の特徴の検討を進める．